一种后张缓凝结主筋压力型抗拔作用桩及其制备方法与流程

1.本发明属于地下施工领域，具体涉及一种后张缓凝结主筋压力型抗拔作用桩及其制备方法。


背景技术：

2.主要有4种工程情况需要使用抗拔桩：工程所处位置地下水位较高，而工程上部覆土较薄或上部结构自重无法与地下水浮力进行抵消，这时在地下水浮力的作用下，工程结构部分或整体会受到上拔力，使建筑物发生向上的位移。这种情况多发生在建筑物的地下室，地下停车场等等。这时就需要设计抗拔桩来避免这些情况的出现。
3.工程结构在施工或后期使用过程中可能出现承受巨大水平荷载的情况，如桥台、挡土墙的斜桩等，高耸的构筑物，大型输电塔的墩基础亦是这种情况。
4.工程结构基础承受上部结构传来的过大的偏心弯矩，尤其是大偏心受力的情况，会使基础一部分承受压力，而另一部分承受拉力。这时就需设置抗拔桩来抵消这部分的向上的拉力，避免不均匀沉降的出现，影响工程结构的正常使用甚至对安全产生影响。海洋油气钻井平台，承受雪荷载、雨荷载反复作用的膜结构的基础。
5.地震烈度较高或建筑物重要性高需要考虑地震荷载作用建筑物的桩基，以及建筑物桩基所处区域内有膨胀土或者冻土存在。
6.现阶段常规抗拔桩都会遇到或造成以下问题：
7.(1)桩身混凝土全段均为受拉段，桩身易开裂使钢筋受到腐蚀从而抗拔失效，如裂缝控制不好，其耐久性和可靠性可能不能满足要求。同时由于其他原因(施工及使用等问题)造成桩身开裂，也可能导致钢筋暴露腐蚀，尤其沿海地区和盐碱土地域，桩顶位置经常是干湿交替的位置，腐蚀速度更快，并且因钢筋腐蚀进底板而造成底板涨裂漏水。
8.(2)为满足抗裂验算桩身钢筋笼的纵向受力钢筋根数多，成本高；拉力不能完全发挥，造成材料浪费；桩与基础连接处的防水易渗水漏水。
9.(3)常规采用无粘结锚索的预应力抗拔桩，钢绞线锚索直接制备的钢筋笼没有刚度，施工困难，钢绞线锚索入孔过程中会搅乱或因柔性上浮无法放入孔底，需采用常规钢筋笼并配置通长的较多数量纵向主筋(钢筋)制备骨架，钢筋浪费且不发挥任何作用，造成造价的提高。
10.(4)常规采用无粘结钢绞线锚索的预应力抗拔桩，其预应力钢绞线锚索在成桩后的预应力损失较大，预应力无法固化，尤其尤其在动荷载作用下震动情况下(震动或者地震等)锚头松动可能会导致预应力全部损失，抗震性能差。
11.(5)常规采用无粘结锚索的预应力抗拔桩，无论先张法还是后张法，在锚固端和张拉端，其施工工艺经常会造成预应力大量损失或完全失效，且无法补救。
12.(6)常规采用无粘结锚索的预应力抗拔桩，在底板张拉时需要预留张拉通道，桩与基础连接处、底板预留孔洞易渗水漏水。


技术实现要素：

13.为了解决上述传统抗拔桩有裂缝易受腐蚀，纵向受力钢筋配筋多；常规预应力抗拔桩钢绞线锚索入孔过程中会搅乱无法放入孔底，钢绞线锚索容易被腐蚀，后期预应力损失大，抗震性能差等诸多问题，本发明提供一种易入孔、抗腐蚀、配筋量低、桩身受压且无预应力损失、抗震性能强、桩笼整体支撑性好的后张缓凝结主筋压力型抗拔作用桩及其制备方法。
14.一种后张缓凝结主筋压力型抗拔作用桩，包括：
15.抗拔桩压力复合钢筋笼，其包括复合缓凝结锚索、抗拔桩笼骨架、抗拔桩笼内壁、抗拔桩笼外壁，锚固端(含固化防脱落装置)、张拉端、螺旋加强装置和桩顶压花主筋；
16.所述复合缓凝结锚索，包括抗拔锚索、缓粘结剂隔离体、带肋高分子高强度套管，设置在抗拔桩笼骨架钢筋周边，缓粘结剂隔离体具有确定的初凝期和凝结强度。
17.桩底锚固端，桩底上部800mm～1000mm采用钢垫板与加强箍筋及骨架钢筋相连，钢垫板上设置挤压锚，并设置填装物。
18.桩顶张拉端，在桩顶标高以下100mm设置夹片锚锚具。
19.螺旋加强装置，设置在锚固端以上和张拉端以下，为变径螺旋钢筋环。
20.桩顶锚索压花，与底板钢筋连接。
21.桩身浇筑混凝土。
22.进一步地，有一个以上复合缓凝结锚索。
23.进一步地，相邻锚索在圆周上的间隔在20cm以上。
24.进一步地，填装物为缓粘结剂隔离体隔离体。
25.进一步地，腐蚀物为腐蚀液、腐蚀固体、腐蚀气体中的一种或几种。
26.进一步地，腐蚀液为土体层渗透水。
27.进一步地，抗拔桩压力复合钢筋笼由全封闭复合缓凝结锚索和骨架钢筋共同构成。
28.进一步地，桩身内采用全封闭复合缓凝结锚索，复合缓凝结锚索由缓粘结剂隔离体、抗拔锚索、带肋的高强外套管组成，桩顶以上采用锚索裸筋。
29.进一步地，缓粘结剂隔离体为带高强肋的特制高分子套管，材料强度高，与周边混凝土的结合紧密程度不低于带肋钢筋。
30.进一步地，特制高分子套管为高密度抗腐蚀聚乙烯材料，其具有一定弹性，并且保证其有足够的刚度，密度又大于泥浆密度，保证主笼刚度并不上浮。
31.进一步地，特制高分子套管和复合缓凝结锚索的空隙注满具有防腐防水的缓凝粘合隔离体材料。
32.进一步地，复合缓凝结锚索绑扎固定在抗拔桩笼骨架钢筋上。
33.进一步地，抗拔桩笼外壁由螺旋箍筋围绕组成，抗拔桩笼内壁由加强箍筋围绕组成。在钢筋笼上设置加筋箍筋以增强抗拔桩的刚度，下部受力点可适当设置加强钢筋。
34.进一步地，抗拔桩笼外壁和钻孔之间设置保护层，保护层为混凝土保护层。
35.进一步地，在缓凝剂非凝结期，桩头张拉端设置锚头夹具进行后张并保持张拉力。
36.进一步地，在缓凝剂凝结期，桩身变为压力型，锚索与桩身全粘结，桩顶锚索去除套管，裸筋压花与底板连接。
37.一种后张缓凝结主筋压力型抗拔作用桩的制备方法：
38.步骤一：钻机取土形成钻孔；
39.步骤二：向钻孔中灌浆，同时提取钻机，让钻孔边缘形成泥浆护壁，保证不塌孔；
40.步骤三：向钻孔内伸入抗拔桩压力复合钢筋笼，保证沉桩至桩底；抗拔桩压力复合钢筋笼包括复合缓凝结锚索、抗拔桩笼骨架、抗拔桩笼内壁、抗拔桩笼外壁，锚固端(含固化防脱落装置)、张拉端、螺旋加强装置和桩顶压花主筋；
41.进一步地，相邻锚索在圆周上的间隔在20cm以上；
42.进一步地，将复合缓凝结锚索、抗拔桩笼骨架、抗拔桩笼内壁、抗拔桩笼外壁，锚固端(含固化防脱落装置)、张拉端、螺旋加强装置等提前焊接形成钢筋笼，吊装后放入钻孔内；
43.进一步地，接桩，在第一节复合锚索钢筋笼和第二节复合锚索钢筋笼之间采用特种连接器连接，连接器为锚索连接器和外套管熔融装置的复合作业体。
44.步骤四：向钻孔内浇筑混凝土，形成抗拔桩的桩体；
45.步骤五：将套管从桩顶以上去除，做好封闭保护；
46.进一步地，抗拔主筋由复合缓凝结锚索、抗拔桩笼骨架、抗拔桩笼内壁、抗拔桩笼外壁，锚固端(含固化防脱落装置)、张拉端、螺旋加强装置组成，桩顶以上采用锚索裸筋压花；
47.进一步地，套管和锚索锚索的空隙注满具有防腐防水的缓凝粘合隔离体材料；
48.进一步地，隔离体为带高强肋的特制高分子套管，材质为高密度抗腐蚀聚乙烯材料和金属材料；
49.进一步地，抗拔桩笼外壁由螺旋箍筋围绕组成，抗拔桩笼内壁由螺旋箍筋围绕组成。在螺旋箍筋上设置加筋箍以增强抗拔桩的刚度，下部受力点可适当设置加强钢筋。
50.步骤六：在缓凝剂非凝结期，桩头张拉端设置锚头夹具进行后张并保持张拉力。
51.进一步地，在缓凝剂凝结期，桩身变为压力型，锚索与桩身全粘结，桩顶锚索去除套管，裸筋压花与底板连接。
52.本发明的有益效果：
53.该预应力抗拔桩桩身中，受力主筋采用的是带高强肋套管的预应力锚索，在初始非凝结阶段进行后张，张拉力将拉力传至最下部挤压锚的钢板上，使桩身全段受压，从而实现预应力；凝结阶段锚杆通过凝结剂与高强肋套管、桩身混凝土粘结在一起，变形保持一致，正常使用状态下，底板将上拔力通过锚杆传递给受压段桩身，桩身混凝土不会像常规抗拔桩在局部产生过大的拉应力而大规模开裂，即使部分混凝土因较小的拉应力产生微小裂缝而使地下水进入桩身，受力的抗拔锚索由隔离体保护，不会受到地下水腐蚀。同时，由于该类型抗拔桩后期形成压力型整体桩，锚索不存在无粘结现象，预应力基本无损失，上部裸筋采用压花方式，也避免了地基和底板结构工序的交叉，不易漏水，施工更可靠。
54.经过对比，该类型抗拔桩，本身的抗拔力和造价之比高于普通钢筋制成的抗拔桩，又不需要考虑抗裂问题而增加主筋；同时由于桩身全段受压而产生正向的泊松效应，该抗拔桩的承载力高于常规抗拔桩，因此可以实现更高的性价比，造价上相比常规现浇混凝土抗拔桩可降低20％
‑
30％，该技术使桩顶上拔位移在同样承载力作用下相比常规抗拔桩更小。
附图说明
55.图1为本发明的抗拔时的结构示意图；
56.图2为图1中抗拔桩中其中一根复合锚索局部放大示意图；
57.图3为图1的a
‑
a截面的放大示意图；
58.图4为图3中复合锚索中有粘结段锚索裸筋(无套管)的放大示意图；
59.其中：1：抗拔桩笼外壁，2：抗拔桩笼内壁，3：复合缓凝结锚索，3
‑
1：缓粘结剂隔离体，3
‑
2：抗拔锚索，3
‑
3：带肋高分子高强度套管，4：加强箍筋，5：混凝土保护层，6：螺旋加强装置，7：锚固端，7
‑
1：锚垫板，7
‑
2：连接螺栓，7
‑
3：自锁挤压锚具，7
‑
4：固化防脱落装置，8：锚固端连接钢筋，9：张拉端，9
‑
1：夹片锚，9
‑
2：锚垫板，9
‑
3：穴模。
具体实施方式
60.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
61.请参阅图1，p为抗拔力，n为侧摩阻力。上部固定部分与抗拔桩上部固定，上部固定部分为承台或筏板；
62.一种后张缓凝结主筋压力型抗拔作用桩，包括：
63.抗拔桩压力复合钢筋笼，其包括抗拔桩笼外壁1，抗拔桩笼内壁2，复合缓凝结锚索3，复合缓凝结锚索3包括缓粘结剂隔离体3
‑
1，抗拔锚索3
‑
2，带肋高分子高强度套管3
‑
3，加强箍筋4，混凝土保护层5，螺旋加强装置6，锚固端7，锚垫板7
‑
1，连接螺栓7
‑
2，自锁挤压锚具7
‑
3，固化防脱落装置7
‑
4，锚固端连接钢筋8，张拉端9，夹片锚9
‑
1，锚垫板9
‑
2，穴模9
‑
3。
64.抗拔桩笼外壁1和抗拔桩笼内壁2均为通长构造筋(若有)和螺旋筋，在钢筋笼焊接时保证成形及加强整体吊装刚度；复合缓凝结锚索3包括缓粘结剂隔离体3
‑
1，抗拔锚索3
‑
2，带肋高分子高强度套管3
‑
3，是本专利的抗拔承载力和预应力施加的主要途径，也是本专利的钢筋笼主筋；加强箍筋4，用于均匀分布缓粘结锚索，制成钢筋笼形状，提高钢筋笼刚度；混凝土保护层5，规范构造要求，土体和主筋之间需要有混凝土保护层；螺旋加强装置6，用于加固锚固端和张拉端的混凝土应力集中区，让应力更分散，避免出现应力破坏并导致锚索张拉受力和变形不均匀；锚固端7包括锚垫板7
‑
1，连接螺栓7
‑
2，自锁挤压锚具7
‑
3，固化防脱落装置7
‑
4，锚固端7用于桩体下端提供抗拉反力的装置；锚固端连接钢筋8，用于锚固端与内外壁相连的装置；张拉端9，包括夹片锚9
‑
1，锚垫板9
‑
2，穴模9
‑
3，用于桩体顶端提供抗拉反力的装置。
65.一种后张缓凝结主筋压力型抗拔作用桩，包括：
66.抗拔桩压力复合钢筋笼，其包括复合缓凝结锚索、抗拔桩笼骨架、抗拔桩笼内壁、抗拔桩笼外壁，锚固端(含固化防脱落装置)、张拉端、螺旋加强装置和桩顶压花主筋；
67.复合缓凝结锚索，由抗拔锚索、缓粘结剂隔离体、带肋高分子高强套管组成，复合缓凝结锚索设置在抗拔桩笼骨架钢筋周边，缓粘结剂隔离体具有确定的初凝期和凝结强度；
68.桩底锚固端，桩底上部800mm～1000mm采用钢垫板与加强箍筋及骨架钢筋相连，钢
垫板上设置挤压锚，并设置填装物。
69.桩顶张拉端，在桩顶标高以下100mm设置夹片锚锚具。
70.螺旋加强装置，设置在锚固端以上和张拉端以下，为变径螺旋钢筋环。
71.桩顶锚索压花，与底板钢筋连接。
72.桩身浇筑混凝土。
73.进一步地，有一个以上复合缓凝结锚索。
74.进一步地，相邻锚索在圆周上的间隔在20cm以上。
75.进一步地，所述填装物为缓粘结剂隔离体隔离体。
76.进一步地，腐蚀物为腐蚀液、腐蚀固体、腐蚀气体中的一种或几种。
77.进一步地，抗拔桩压力复合钢筋笼由全封闭复合缓凝结锚索和骨架钢筋共同构成。
78.进一步地，桩身内采用全封闭复合缓凝结锚索，由缓粘结剂隔离体、抗拔锚索、带肋的高强外套管组成，桩顶以上采用锚索裸筋。
79.进一步地，缓粘结剂隔离体为带高强肋的特制高分子套管，材料强度高，与周边混凝土的结合紧密程度不低于带肋钢筋。
80.进一步地，特制高分子套管为高密度抗腐蚀聚乙烯材料，其具有一定弹性，并且保证其有足够的刚度，密度又大于泥浆密度，保证主笼刚度并不上浮。
81.进一步地，套管和锚索的空隙注满具有防腐防水的缓凝粘隔离体材料。
82.进一步地，复合缓凝结锚索绑扎固定在抗拔桩笼骨架钢筋上。
83.进一步地，抗拔桩笼外壁由螺旋箍筋围绕组成，抗拔桩笼内壁由加强箍筋围绕组成。在钢筋笼上设置加筋箍筋以增强抗拔桩的刚度，下部受力点可适当设置加强钢筋。
84.进一步地，腐蚀液为土体层渗透水。
85.进一步地，抗拔桩笼外壁和钻孔之间设置保护层，保护层为混凝土保护层。
86.进一步地，在缓凝剂非凝结期，桩头张拉端设置锚头夹具进行后张并保持张拉力。进一步地，在缓凝剂凝结期，桩身变为压力型，锚索与桩身全粘结，桩顶锚索去除套管，裸筋压花与底板连接。
87.一种后张缓凝结主筋压力型抗拔作用桩的制备方法：
88.步骤一：钻机取土形成钻孔；
89.步骤二：向钻孔中灌浆，同时提取钻机，让钻孔边缘形成泥浆护壁，保证不塌孔；
90.步骤三：向钻孔内伸入抗拔桩压力复合钢筋笼，保证沉桩至桩底；抗拔桩压力复合钢筋笼包括复合缓凝结锚索、抗拔桩笼骨架、抗拔桩笼内壁、抗拔桩笼外壁，锚固端(含固化防脱落装置)、张拉端、螺旋加强装置和桩顶压花主筋；
91.进一步地，相邻锚索在圆周上的间隔在20cm以上；
92.进一步地，将复合缓凝结锚索、抗拔桩笼骨架、抗拔桩笼内壁、抗拔桩笼外壁，锚固端(含固化防脱落装置)、张拉端、螺旋加强装置等提前焊接形成钢筋笼，吊装后放入钻孔内；
93.进一步地，接桩，在第一节复合锚索钢筋笼和第二节复合锚索钢筋笼之间采用特种连接器连接，连接器为锚索连接器和外套管熔融装置的复合作业体。
94.步骤四：向钻孔内浇筑混凝土，形成抗拔桩的桩体；
95.步骤五：将套管从桩顶以上去除，做好封闭保护；
96.进一步地，抗拔主筋由复合缓凝结锚索、抗拔桩笼骨架、抗拔桩笼内壁、抗拔桩笼外壁，锚固端(含固化防脱落装置)、张拉端、螺旋加强装置组成，桩顶以上采用锚索裸筋压花；
97.进一步地，隔离体为带高强肋的特制高分子套管，材质为高密度抗腐蚀聚乙烯材料和金属材料；
98.进一步地，套管和锚索锚索的空隙注满具有防腐防水的缓凝粘合隔离体材料；
99.进一步地，抗拔桩笼外壁由螺旋箍筋围绕组成，抗拔桩笼内壁由螺旋箍筋围绕组成。在螺旋箍筋上设置加筋箍以增强抗拔桩的刚度，下部受力点可适当设置加强钢筋。
100.步骤六：在缓凝剂非凝结期，桩头张拉端设置锚头夹具进行后张并保持张拉力。
101.进一步地，在缓凝剂凝结期，桩身变为压力型，锚索与桩身全粘结，桩顶锚索去除套管，裸筋压花与底板连接。
102.采用后张法提供预应力，用锚固端和张拉端张拉后，将桩身使用状态由受拉变为受压，并且利用粘结剂将预应力固化在桩身上，抗拔桩在全程抗浮等正常使用过程中均为压应力，因此混凝土不存在裂缝，也就不存在主筋腐蚀问题。同时，由于预应力主筋外部存在抗腐蚀能力强的高分值高强套管，即使在部分意外情况导致桩身裂缝，主筋由于有套管的保护，腐蚀性液体和气体也无法对主筋产生作用，保护桩身及底板不至于因为钢筋腐蚀而造成的抗拔桩失效和底板漏水。
103.常规抗拔桩的配筋可达到200kg/m3左右，但采用缓粘结预应力主筋的抗拔桩，配筋可下降至70kg/m3左右，在同样主筋位置，将普通钢筋的设计调整为原重量约1/3的锚索设计。缓粘结预应力主筋的配置完全根据抗拔锚索的锚索材料特性配置，不需要按规范进行抗裂计算，因此配筋数量仅考虑其材料抗拔性质，同时抗拔锚索同等重量下抗拔力高于普通钢筋，因此配置数量大幅下降。根据规范，常规主筋为了满足抗裂要求，必须配置多于主筋材料本身抗拔力要求数倍数量的钢筋，保证主筋在正常受力状况下变形极小，便于控制主筋变形，避免裂缝，由此造成钢筋数量大大增加，且主筋使用阶段受到的拉力极小，远小于其材料抗拔极限。缓粘结预应力主筋由于让桩体全程为受压状态，因此不必考虑抗裂计算，只需保证后张拉的效果即可，抗拔锚索可以采用其材料的极限拉力(高于同等重量下普通钢筋)，因此配置数量很少就可达到设计要求，从而起到减少钢筋配置，避免浪费，节省造价的目的。
104.本专利采用的缓粘结预应力主筋，其高强套管经过试验和调整，加入部分金属材料，保证其具有适当的弹性和足够的刚度，比重也大于成孔后孔内泥浆的重量，常规长度的抗拔桩不需要设计带有较多通长主筋(钢筋)的常规钢筋笼，只要配以少量钢筋笼骨架，即可保证缓粘结预应力钢筋笼有足够刚度，若长度过长导致钢筋笼挠度过大，配以部分通长常规钢筋即可满足刚度，下钢筋笼时钢筋笼的完整性有保障，使造价得以节省。高分子高墙套管相当于对柔软的抗拔锚索进行了骨架加强，相当于常规采用无粘结锚索的预应力抗拔桩中的钢筋笼。且该骨架与锚索的结合形式是包裹在锚索外侧，而非旁边，使其骨架效果更好，比重大于孔内泥浆，完全避免了锚索在主筋笼下放桩孔内时产生的搅乱及柔性上浮问题。
105.本专利采用的缓粘结预应力主筋，在后张拉后，缓粘结剂隔离体将抗拔锚索和高
分子高强套管完全粘合，不留任何空隙，预应力完全用过粘结作用固化在高墙套管以及与之粘结的桩身上，预应力基本没有损失；另外常规采用无粘结锚索的预应力抗拔桩，其受力点完全依靠上部锚头的一个点，但本专利中缓粘结剂隔离体将压力的受力点分散的分布在桩身缓粘结预应力主筋里，即使锚头松动，桩身预应力也基本不会变化。常规采用无粘结锚索的预应力抗拔桩，预应力损失主要是由于抗拔锚索与桩身有一定空隙，锚头由于长期较大荷载下的蠕变和震动损失。缓粘结预应力主筋中，抗拔锚索与高强套管中填充的是会固化的缓粘结剂隔离体，经过固化期后预应力锚索与套管会完全粘结在一起，锚头除了初始未粘结状态下提供较大荷载，待固化期后，锚头的集中荷载逐渐变为锚索的均匀线荷载，锚头本身不存在较大荷载，因此蠕变很小。即使蠕变或者震动松动，由于锚索与桩身已经粘结为一体，其无法松动，预应力也不会变化。因此其预应力基本没有损失，抗震性能好。
106.本专利采用的缓粘结预应力主筋(抗拔锚索+缓粘结剂隔离体+高分子高强套管)，不在底板进行张拉，改为桩顶张拉，不预留张拉孔道，且预留桩顶锚索锚入底板时采用压花绑筋处理。该处理方式不在底板进行张拉，改为桩顶张拉，不预留张拉孔道，因此地下水不会在长时间后通过孔道渗入，大大增强了防水效果。同时，由于本专利采用的压花绑筋处理，在压花主筋之上，还有足够厚度的底板防水混凝土，更加保障了该工艺的防水效果。
107.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
108.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。